Quali sono i 6 fattori chiave da considerare per un’ottica di visione artificiale ottimale?

La tecnologia di visione artificiale consente alle macchine di “vedere” e “comprendere” l’ambiente circostante utilizzando telecamere, sensori e software. Le macchine sono in grado di ispezionare e valutare oggetti come fa l’occhio umano, lo esegue solo più velocemente e con una precisione molto maggiore. Questa tecnologia viene utilizzata per automatizzare in modo rapido e preciso ispezioni, misurazioni e decisioni nella produzione. Scegliere l’ottica giusta può fare la differenza nel garantire risultati di alta qualità.

Se stai lavorando con la visione artificiale, potresti chiederti: in che modo le diverse lenti influiscono sull’ispezione e sul rilevamento di difetti? Hai bisogno di investire in lenti di fascia alta per l’alta risoluzione o basta un’opzione economica? L’ottimizzazione del sistema inizia con la comprensione di sei fattori chiave che influenzano direttamente la qualità dell’immagine. 

1. Campo visivo (FOV): la porzione di scena visibile da una telecamera in un’unica inquadratura

Il campo visivo è misurato dalla relazione tra il sensore della fotocamera e la lente scelta. La lunghezza focale di una lente, misurata in millimetri, determina il suo campo visivo angolare, misurato in gradi. Una lente con una lunghezza focale più lunga offre una visione più stretta ma uno zoom maggiore (ingrandimento più elevato), mentre una lunghezza focale più corta offre una visione più ampia ma con meno zoom. 

Ad esempio:

• Lente a lunghezza focale lunga: ingrandisce per ispezionare piccoli dettagli su una scheda a circuito stampato (PCB). Il campo visivo è più stretto, ma è possibile vedere piccoli componenti, come giunti di saldatura, in dettaglio.
• Lente a lunghezza focale ridotta: acquisisce un’intera linea di montaggio contemporaneamente. Il campo visivo è più ampio e permette di osservare più pezzi o prodotti mentre si muovono in produzione.

2. Distanza operativa: lo spazio tra la parte anteriore della lente e l’oggetto

La distanza operativa è in gran parte influenzata dalle tue esigenze applicative: stai lavorando in uno spazio confinato in cui il sistema di visione deve essere montato vicino al pezzo? Oppure hai più flessibilità che ti permette di ispezionare grandi componenti automobilistici su una linea di produzione? Questi fattori possono orientare la selezione delle lenti per ottimizzare il processo di ispezione. 

3. Risoluzione: la capacità del sistema di imaging di catturare i dettagli più piccoli

I sensori di immagine sono costituiti da pixel e ogni pixel rappresenta una dimensione specifica in micrometri. Un numero maggiore di pixel si traduce in una maggiore risoluzione, consentendo un imaging più preciso. Per gli oggetti più piccoli, è necessaria una risoluzione più elevata per acquisire dettagli complessi durante l’ispezione. Nella scelta di un sensore, assicurati che la sua risoluzione corrisponda alle dimensioni e alla complessità delle parti da ispezionare.

4. Profondità di campo: l’intervallo di distanza in cui gli oggetti rimangono nitidi e a fuoco.

La profondità di campo (DOF) assicura che gli oggetti a distanze diverse dalla fotocamera rimangano visibili, giocando un ruolo importante in molte applicazioni. Ad esempio, in un ambiente logistico con lettori di codici a barre, è necessario un’ampia profondità di campo. Questo perché gli oggetti all’interno del campo visivo possono essere di dimensioni e scale diverse, mettendo i codici a barre a distanze operative variabili rispetto al punto focale della lente.  

La profondità di campo è influenzata dall’apertura della lente (f-number o f-stop), l’apertura che lascia entrare la luce. Un’apertura minore (numero f più grande) lascia entrare meno luce ma aumenta la profondità di campo, mantenendo a fuoco una porzione più ampia della scena. Un’apertura maggiore (numero f più piccolo) lascia entrare più luce ma crea una profondità di campo minore e solo gli oggetti all’interno di distanze specifiche saranno nitidi. 

Come funziona: 

• Ampia profondità di campo: Quando si scansionano prodotti sugli scaffali di un magazzino, sia gli articoli in primo piano sia quelli sullo sfondo rimangono a fuoco, permettendo al sistema di leggere i codici a barre a diverse distanze.
• ​Profondità di campo ridotta: quando si ispezionano parti più piccole su un nastro trasportatore, la telecamera mette a fuoco la parte stessa mentre il macchinario sullo sfondo è sfocato. 

5. Dimensione del sensore: la dimensione dell’area attiva del sensore di una telecamera, solitamente misurata in orizzontale

I sensori di immagine sono disponibili in molte dimensioni, che vanno da 1 pollice a 1⁄4 di pollice. Le dimensioni di un sensore incidono sulla quantità di luce che può catturare, influenzando la qualità dell’immagine e le prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione.  

In azione: 

• Sensore più grande: cattura più luce, migliora la nitidezza dell’immagine e riduce il rumore, specialmente in condizioni di scarsa luminosità.
• Sensore più piccolo: design compatto e maggiore attenzione ai più piccoli dettagli, nonostante catturi meno luce.  

La dimensione orizzontale di un sensore di immagine può essere utilizzata, insieme al campo visivo desiderato in millimetri, per determinare l’ingrandimento primario (PMAG) necessario all’applicazione. 

6. Ingrandimento primario (PMAG): il rapporto tra dimensione del sensore e campo visivo

Il PMAG è un altro fattore chiave nella scelta delle lenti per la visione artificiale. È determinato dalla lunghezza focale della lente, dalla dimensione del sensore e dal campo visivo desiderato, che influenzano il livello di ingrandimento necessario per l’oggetto ispezionato. 

Se stai ispezionando una PCB e devi catturare un minuscolo resistore, il PMAG giusto può effettuare uno zoom per vederlo chiaramente. Un sensore più grande in genere fornisce una migliore chiarezza, mentre il campo visivo determina la quantità di scheda visibile contemporaneamente.  

Utilizza questa equazione per calcolare il PMAG:

dimensione sensore/campo visivo = PMAG

Ad esempio, con un sensore da 10 mm e un campo visivo da 50 mm, il PMAG sarebbe 0,2. Ciò significa che l’oggetto è ingrandito di 0,2 volte rispetto alla sua dimensione reale. Nella scelta della lente più adatta alla propria operazione, è bene conoscere il PMAG.  Il PMAG influenza anche la profondità di campo e la risoluzione, incluso il livello di dettaglio e messa a fuoco di un’immagine finale, determinando quanta parte della scena rimane a fuoco e il livello di dettaglio nell’immagine finale.